JPH09158863A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吐出圧力下に軸受を有する圧縮機で、一定運転
はもちろん、可変速仕様で低速運転をする場合にも軸受
に確実に給油する。 【解決手段】旋回スクロール２の背面に背圧室９９と背
圧室９をシール部材４により仕切って構成し背圧室およ
び軸受部を吐出圧力に維持したスクロール圧縮機で、排
油孔１９と弁２０１を設けた排油パイプ２０で排油通路
を構成し、シール部材４に背圧室９９と背圧室９を連通
する微小隙間の絞り通路を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍，空調用の冷媒
圧縮機，空気やその他のガス圧縮機として好適なスクロ
ール圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】旋回スクロールと固定スクロールを備
え、旋回スクロールの背面側のシール部材により中央部
の軸受部を吐出圧力に保持したスクロール圧縮機におい
て、シール部材に絞り通路を備えた構造は特願平5−127
088 号明細書に記載されている。

【０００３】また、旋回スクロールと固定スクロールを
備え、旋回スクロールの背面側のシール部材により中央
部の軸受部を吐出圧力に保持したスクロール圧縮機の給
油構造としては特開昭60−224988号公報に記載されてい
る。この構造は密閉容器内を吐出圧力とし、クランク軸
および各軸受部を吐出圧力の雰囲気内に設置し、クラン
ク軸に設けた偏芯孔の遠心ポンプ作用にて各軸受部を給
油するもので、各軸受部を給油した後の潤滑油は排油通
路を経て潤滑油部へ戻し密閉容器内の吐出圧力下を循環
させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シール部材に絞り通路
を備えた従来のスクロール圧縮機の場合、軸受部に給油
された潤滑油はすべて第２の背圧室を経て圧縮室へ流入
するため、圧縮機の入力を増大させる問題があった。ま
た、圧縮室に流入した潤滑油は冷媒ガスと混合して密閉
容器内に吐出されるので、冷媒ガスとともに機外に流出
しやすいという問題があった。

【０００５】一方、遠心ポンプ及び排油通路を備えた従
来のスクロール圧縮機の場合、低速運転時に十分な給油
量が得られないという問題があり、低速側の運転領域を
制限していた。低速運転時に給油量を確保するには、シ
ール部材に絞り通路を設け、第１の背圧室と第２の背圧
室の差圧により潤滑油を導く構造が有効であるが、排油
通路が常時吐出ガス雰囲気に解放されている従来のスク
ロール圧縮機では、排油通路を介して吐出ガスが流れ込
み給油を阻害するため採用することができなかった。ま
た、シール部材に絞り通路を設けない場合でも、シール
部の漏れがあると同様に吐出ガスが流れこみ給油を阻害
する恐れがあった。

【０００６】本発明の目的は、給油能力の向上を図り、
可変速仕様の低速時でも軸受部の給油を可能とする構造
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】スクロール圧縮機機構を
密閉容器内に納め、密閉容器内を吐出圧力に維持し、旋
回スクロールの背面に複数の背圧室を形成する。背圧室
間に少なくとも一つのシール部材を設けることにより、
中央部の軸受部と連通する第１の背圧室と外側の第２の
背圧室とを構成する。このため第１の背圧室および軸受
部はほぼ吐出圧力に等しい圧力となる。また、シール部
材外側の第２の背圧室は圧縮室に連通する中間孔によっ
て吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力に、あるいは吸入室
に連通することにより吸入圧力に維持される。

【０００８】スクロール圧縮機で、クランク軸内に潤滑
油部と軸受部を連通する遠心ポンプを備えた給油通路を
設ける。また、軸受部に給油された潤滑油を潤滑油へ導
くように密閉容器内の吐出圧力雰囲気に連通する排油通
路を設け、遠心ポンプによる給油圧で軸受部の圧力が密
閉容器内の吐出圧力より高い状態時のみ排油通路が開通
するように排油通路の途中または開口部に弁を設ける。
更に、第１の背圧室と第２の背圧室の間に給油通路及び
排油通路に対して十分に通路面積を絞った絞り通路を設
ける。絞り通路はシール部材に設けてもシール部材に接
する部材に設けてもどちらでも良い。

【０００９】また、第１の背圧室および第２の背圧室は
それぞれ複数の空間にもって構成されていても差支えな
く、第２の背圧室は吐出圧力より低い圧力であれば複数
の異なる圧力の空間で構成される場合もある。

【００１０】このように給油通路，弁を備えた排油通
路，絞り通路を構成したスクロール圧縮機では、遠心ポ
ンプ作用と差圧の両方を利用して軸受部に給油すること
が可能となる。遠心ポンプ作用は給油通路を回転軸に対
して偏芯した設けたクランク軸が回転することにより働
く。また、差圧は第１の背圧室と第２の背圧室の間の差
圧であり、絞り通路を介して潤滑油を第２の背圧室へ流
すことにより軸受部に潤滑油が導かれる。絞り通路を設
けない構造でも、シール部に漏れが生じる場合は同様の
作用が働く。

【００１１】遠心ポンプで十分に給油量を確保できる運
転域では、吐出圧力下の潤滑油部の潤滑油を遠心ポンプ
作用で軸受部に給油すると同時に差圧によってもまた給
油される。この際には、軸受部は遠心ポンプの給油圧で
密閉室内の吐出圧力より高い圧力となっているため、排
油通路に設けられた弁が解放状態となり遠心ポンプ作用
で軸受部に給油された潤滑油は排油通路を介して密閉容
器内に排出され潤滑油部に還流する。差圧により第２の
背圧室に導かれた潤滑油は中間孔あるいは吸入室に連通
する通路を通って圧縮室に入り、冷媒ガスと共に密閉容
器内に吐出され潤滑油部に戻る。

【００１２】一方、低速運転時には、遠心ポンプ作用に
よる給油量が確保できなくなるが、差圧によりほぼ吐出
圧力に保たれた潤滑油を軸受部に導くことができ、潤滑
油は軸受部を給油した後第１の背圧室に入り絞り通路を
介して第２の背圧室に導かれる。この際、軸受部の圧力
は密閉室内の吐出給力より若干低い圧力となるため、排
油通路に設けられた弁は閉止状態となり排油通路から吐
出圧力の冷媒ガスが軸受部及び背圧室へ流入することが
ないので安定した給油が可能となる。第２の背圧室に導
かれた潤滑油は中間孔あるいは吸入室に連通する通路を
通って圧縮室に入り、冷媒ガスと共に密閉容器内に吐出
され潤滑油部に戻る。

【００１３】よって、本構造により従来遠心ポンプ単独
では給油量が確保できなかった低速運転域でも運転可能
となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスクロール圧縮機
を各図に示された実施例について詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例に係るスクロ
ール圧縮機が示されている。図２は旋回および主軸受部
の詳細構造を示す。

【００１６】図１で、１は固定スクロールで端板１ａと
端板１ａに直立する渦巻状のラップ１ｂを有しラップ外
周側に吸入ポート１ｃを有しラップ中央部に吐出ポート
１ｄを有している。

【００１７】２は旋回スクロールで、端板２ａと端板２
ａに直立する渦巻状のラップ２ｂを有し、ラップの背面
中央に旋回軸受部３０を有し、ラップ２ｂの側面に近い
位置で端板２ａを貫通する細径の中間孔２ｅが設けられ
ている。固定スクロール１と旋回スクロール２は互いに
ラップを内側として噛み合い圧縮室を形成している。

【００１８】３は主フレームで側面にはガス通路３ｄが
設けられ、固定スクロール１を複数のボルトで固定し、
旋回スクロール端板２ａを固定スクロール１と主フレー
ム弁座部３ａで挟持している。主フレーム３の中央部に
は主軸受部３１を備えている。また、主フレーム３に設
けられたリング溝３ｂにはシール部材４が保持されてい
る。シール部材４は旋回スクロール２の十分なめらかに
加工された鍔部２ｄに摺動自在に密着している。旋回ス
クロール２の背面の空間はシール部材４により第１の背
圧室９９と第２の背圧室９に仕切られている。第１の背
圧室９９は旋回軸受部３０および主軸受部３１に連通し
ている。第２の背圧室９は中間孔２ｅにより圧縮室に連
通している。

【００１９】主フレーム３に第１の背圧室９９と主フレ
ーム３の下方空間とを連通させる排油孔１９が設けら
れ、排油孔１９には排油パイプ２０が取付けられてい
る。排油ポンプ２０の開口部に弁２０１が設けられてい
る。

【００２０】５はオルダムリングで、第２の背圧室９内
に取付けられており、固定スクロール１と旋回スクロー
ル２の自転防止部材である。オルダムリング５は直行す
る二対のキーを有し、旋回スクロールの端板２ａに設け
た一対のキー溝（図示せず）および主フレーム台座部３
ａの外側部位置に設けられた一対のキー溝３ｃに係合し
ている。

【００２１】６はクランク軸で電動機７を挟んで位置す
る主フレーム３に設けた主軸受部３１と副フレーム８に
設けた副軸受部３２で支持される。

【００２２】クランク軸６は内部に給油通路２３および
これに連通し回転中心に対してクランク部６ａの偏芯方
向へ偏芯して設けた給油通路２２を有し、給油通路２２
から主軸受部３１にはクランク軸径方向に分岐する給油
路２２ｂで給油し、副軸受部３２にはクランク軸径方向
に分岐する給油路２２ａで給油し、旋回軸受部には給油
路２２からクランク軸上端面の空間２ｈを利用して給油
する給油通路を形成している。

【００２３】電動機７は電動機ステータ７ａとクランク
軸６に固定された電動機ロータ７ｂより構成される。副
フレーム８は、径方向の位置合わせが可能となってお
り、副フレーム８に保持した副軸受部３２の軸心が主軸
受部３１の軸心に一致する位置で、副フレーム支え１０
に数本のボルトで固定されている。

【００２４】副軸受部３２は内面をすべり軸受面とし、
外部を球面形状とし、副フレーム８の球面形状のハウジ
ング内に微小隙間を持って嵌合された構造で、調芯機能
を有している。副軸受部３２は給油路２２ａにより給油
される。

【００２５】１１は主バランスウエイトで電動機７の上
方の位置でクランク軸６に圧入固定されており、１２は
副バランスウエイトで電動機ロータ７ｂに固定されてい
る。１３は潤滑油、１４は密閉容器で密閉容器内は吐出
圧力に保持され、密閉容器胴部１４ａは主フレーム３と
電動機ステータ７ａおよび副フレーム支え１０を固定支
持する。１６は吸入口、１７は吐出口でそれぞれ密閉容
器１４を貫通している。１８はガスガイドで密閉容器１
４に取付けられている。２１は給油パイプで、クランク
軸６の下端に圧入されており、給油通路２２に連通して
いる。給油パイプ２１の下端部は潤滑油１３中に開口し
ている。

【００２６】クランク軸６のクランク部６ａは旋回スク
ロール２の旋回軸受部３０に連結している。旋回軸受部
３０は内面をすべり軸受面とし、軸受面に軸受面を貫通
するスパイラル状の給油溝３０ａが設けられている。ス
パイラル溝３０ａはクランク軸６の回転に伴い給油を促
進する方向に粘性ポンプ作用が働くように設けられてい
る。

【００２７】主軸受部３１は内面をすべり軸受面とし、
軸受面にクランク軸の給油路２２ｂに相対する位置に円
周溝３１ｂが設けられ、円周溝３１ｂと軸受端面を貫通
するスパイラル状の給油溝３１ａが設けられている。ス
パイラル溝３１ａはクランク軸６の回転に伴い給油を促
進する方向に粘性ポンプ作用が働くように設けられてい
る。

【００２８】また、クランク軸６はスラスト受け部６ｂ
を介して主軸受部３１の上端側に設けられたスラスト軸
受３４により支持される。スラスト軸受３４の軸受面に
は主軸受部の給油溝３１ａに連通する径方向の給油路３
４ａが設けられている。旋回軸受の給油溝３０ａ，主軸
受部の給油溝３１ａは第１の背圧室９９に連通してい
る。

【００２９】図３にシール部材を示す。シール部材４は
リングの一部をカットしたＣ型の形状で、カット部４ａ
は微小隙間となるように設定されており、絞り通路とし
て機能する。図４に弁２０１の斜視図を示す。弁２０１
は弁部２０１ａ，弁ストッパ２０１ｃ、および弁部２０
１ａと弁ストッパ２０１ｃを連結する連結棒２０１ｂに
より構成されている。図５および図６に弁２０１周りの
断面図を示す。排油パイプ２０は弁側の開口部を絞り、
段付部２０ａを構成することにより、弁２０１を排油パ
イプ２０内に保持している。図５は弁２０１が解放状態
の場合を示している。排油パイプ２０内の圧力が外の圧
力（密閉容器１４内の圧力）より高い場合には差圧によ
り弁部２０１ａが排油パイプ２０から離れ解放状態とな
る。このとき、弁ストッパ２０１ｃが排油パイプ２０の
段付部２０ａに当り弁２０１が止まる。図６は弁２０１
が閉止状態の場合を示している。排油パイプ２０内の圧
力が外の圧力（密閉容器１４内の圧力）より低い場合に
は差圧により弁部２０１ａが排油パイプ２０に密着し閉
止状態となる。

【００３０】次に、本発明の実施例の動作を説明する。

【００３１】電動機７に外部より電気が供給されると、
電動機ロータ７ｂが回転し、これに伴ってクランク軸６
が回転する。結果、旋回スクロール２は、オリダムリン
グ５の介在により旋回運動して、冷媒ガスが吸入口１６
から吸入ポート１ｃを通り流入し、圧縮室に取込まれ、
旋回スクロール２の運動に伴って冷媒ガスは圧縮され、
高圧になった冷媒ガスは吐出ポート１ｄより固定スクロ
ール１上部空間に吐出される。圧縮動作中、適当に昇圧
された冷媒ガスは中間孔２ｅを介して第２の背圧室９に
充満する。旋回スクロール端板２ａは主フレーム３の台
座部３ａと固定スクロール１に挟持されているため、旋
回スクロール２は起動開始時に傾いたりしないで、固定
スクロール１に押付けられる。

【００３２】運転の経過により密閉容器１４内の圧力
（吐出圧力）は上昇し、シール部材４の内側の第１の背
圧室９９は吐出圧力に保持される。第１の背圧室９９の
吐出圧力と第２の背圧室９内圧力の合力が旋回スクロー
ル２を固定スクロール１に押付けるスラスト力として作
用する。

【００３３】旋回スクロール２に対するスラスト力が、
圧縮室内のガス力によって生じる全スラスト力の大きさ
よりも上回るため、旋回スクロール２は固定スクロール
１側に押付けられ安定した圧縮動作が行われる。

【００３４】また、吐出ポート１ｄから固定スクロール
１の上部空間に吐出された高圧ガスは、主フレーム３の
側面のガス通路３ｄを通り、電動機７上部空間に流入
し、その一部はガスガイド１８に導かれ、電動機７側面
に設けた通路から電動機７下部空間に導かれ、再び電動
機７上部空間に流入し、ここで、冷媒ガスは電動機７を
冷却すると共に、冷媒ガス中の潤滑油は分離されて冷媒
ガスは吐出口１７から圧縮機外へ流出する。一部の潤滑
油はいわゆる油上がりとなって冷媒ガスと共に機外に流
出するが、再び冷媒ガスとともにスクロール圧縮機の吸
入口１６に戻る。一方、分離された潤滑油は重力によっ
て下方に流れ落ち密閉容器下部の潤滑油部１３に到達す
る。

【００３５】クランク軸６が回転すると、偏芯して設け
られた給油通路２２により遠心ポンプ作用が働くため、
潤滑油は潤滑油部１３より給油パイプ２１および給油通
路２３を通り給油通路２２を上昇する。上昇した潤滑油
はクランク軸の径方向に分岐する給油路２２ｂ及びクラ
ンク軸上端の空間２ｈを通り軸受部に到達する。

【００３６】主軸受部３１には給油路２２ｂから給油路
２２ｂに相対する位置に設けられた円周溝３１ｂに給油
され、円周溝３１ｂからスパイラル状の給油溝３１ａを
介して潤滑される。スパイラル溝３１ａはランク軸６の
回転に伴い給油を促進する方向に粘性ポンプ作用が働く
ように設けられているため給油能力を軸受面内で補うこ
とができる。

【００３７】また、クランク軸６を支持するスラスト軸
受３４は主軸受部の給油溝３１ａに連通する径方向の給
油路３４ａで主軸受部３１を給油した潤滑油で給油され
る。主軸受部を給油した潤滑油は第１の背圧室９９に到
達する。

【００３８】副軸受部３２は給油路２２ａにより給油さ
れ、潤滑油は潤滑油部１３に循環する。

【００３９】旋回軸受部３０には差圧給油路からクラン
ク軸上端の空間２ｈよりスパイラル状の給油溝３０ａを
介して潤滑される。スパイラル溝３１ａはクランク軸６
の回転に伴い給油を促進する方向に粘性ポンプ作用が働
くように設けられているため給油能力を軸受面内で補う
ことができる。旋回軸受部３０を給油した潤滑油は第１
の背圧室９９に到達する。第１の背圧室９９に到達した
旋回軸受３０，主軸受部３１を給油した潤滑油は主フレ
ーム３に設けた排油孔１９から排油パイプ２０に導かれ
る。ここで潤滑油の油圧が給油通路２２内で受けた遠心
ポンプ作用により、吐出圧力よりも上昇しているため、
排油パイプ２０の開口部に設けられた弁２０１は油圧と
吐出圧力の差圧で解放状態となり、潤滑油は密閉容器１
４内に排出され、密閉容器１４内の内壁面にそって重力
により落下する。

【００４０】このように主軸受部３１，旋回軸受部３０
を給油した潤滑油は冷媒ガス通路と別の経路で密閉容器
１４下部へ落下するため、冷媒ガスに混合し機外に流出
することなく、密閉容器１４下部に潤滑油部１３に循環
する。

【００４１】一方、シール部材４のカット部４ａの微小
隙間は絞り通路として機能し、絞り通路の面積はクラン
ク軸６内の給油通路２２に対して十分通路面積を絞られ
ているので、クランク軸６内の給油通路２２内では潤滑
油の油圧を低下させずに第１の背圧室９９と第２の背圧
室９との差圧を利用して第２の背圧室９に潤滑油を導く
ことができる。このため、軸受部に給油される潤滑油量
は、遠心ポンプ作用により送られる潤滑油と、差圧によ
り導かれる潤滑油の合計となる。したがって、低速運転
域で遠心ポンプ作用のみでは軸受部に潤滑油が到達でき
ない場合にも差圧により潤滑油が導かれるため運転が可
能となる。また、低速運転域では遠心ポンプ作用が十分
でないため、軸受部に給油された潤滑油の油圧は吐出圧
力より低い圧力となる場合があるが、排油パイプ２０の
開口部に設けられた弁２０１が油圧と吐出圧力の差圧で
閉止することにより、密閉容器１４内の吐出圧力の冷媒
ガスが排油パイプ２０から第１の背圧室９９に流入する
のを防止し、安定した給油を確保することができる。第
２の背圧室９に導かれた潤滑油は、第２の背圧室９に配
置されたオルダムリング５を潤滑する。オルダムリング
５を潤滑した後の潤滑油は中間孔２ｅを通って圧縮室に
入り、冷媒ガスとともに吐出ポート１ｄから吐出される
ため、従来の絞り通路による差圧給油のスクロール圧縮
機と同様、入力増加を招くとともに冷媒ガスと混合して
機外に流出しやすくなるが、本構造では遠心ポンプ作用
と差圧の両方を利用して給油するため、差圧により導く
潤滑油量が低速運転域の必要油量以上にならないように
絞り通路の面積を設定することにより、圧縮室に入る潤
滑油量を抑制できるので従来に比べ上記の問題点を大幅
に改善できる。

【００４２】図７は絞り通路の第２の実施例で旋回スク
ロール２の鍔部２ｄの斜視図である。鍔部２ｄのシール
部材４との接触面にＶ溝２ｊを設けた例であり、カット
部４ａによる絞り通路と同等の働きをする。また、構造
ではシール部材４はカットなしのリング形状でもよい。

【００４３】図８は絞り通路の第３の実施例でシール部
材４周りの詳細断面図を示す。図９は同実施例のフレー
ム３のリング溝３ｂの拡大図である。シール部材４を板
ばね２４により押し上げ鍔部２ｄに密着させる構造の場
合にリング溝３ｂの外側内壁面部に微小切欠き溝３ｆを
設け絞り通路を構成した例であり、カット部４ａによる
絞り通路と同等の働きをする。また、構造ではシール部
材４はカットなしのリング形状でもよい。

【００４４】図１０は第２の背圧室９を吸入圧力とした
実施例である。第２の背圧室９は連通孔１ｆにより吸入
室と連通しており、吸入圧力となる。旋回スクロール２
は台座３ａ上面をスラスト面とし固定スクロール１に対
して離脱しないように保持されている。シール部材４に
は、図３に示したカット部４ａが設けられ絞り通路を構
成している。第１の背圧室９９は実施例と同様軸受部と
連通しており吐出圧力とほぼ同等の圧力に保持される。
第１の背圧室９９と第２の背圧室９との差圧により潤滑
油は軸受部を給油しカット部４ａの絞り通路を介して第
２の背圧室９へ導かれる。第２の背圧室９へ導かれた潤
滑油はカルダムリング５の摺動部を潤滑した後、連通孔
１ｆを介して吸入室に流入し冷媒ガスとともに圧縮室を
経て機内に吐出される。遠心ポンプ作用による給油につ
いては実施例と同様である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、遠心ポンプ作用と差圧
の両方を利用した給油経路が構成でき、従来の遠心ポン
プ給油方法単独ではポンプ能力が低下し運転できなかっ
た低速運転でも各摺動面への安定した給油が可能とな
り、可変速スクロール圧縮機の低速運転域を拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で縦型のスクロール圧縮機の断
面図。

【図２】図１の部分断面図。

【図３】シール部材の平面図。

【図４】弁の斜視図。

【図５】弁周りの解放時の断面図。

【図６】弁周りの閉止時の断面図。

【図７】鍔部の斜視図。

【図８】シール部材周りの断面図。

【図９】リング溝の拡大図。

【図１０】第２の背圧室を吸入圧力とした実施例の部分
断面図。

【図１１】従来の圧縮機の断面図。

【符号の説明】

２…旋回スクロール、４…シール部材、９，９９…背圧
室、２０…排油パイプ、２０１…弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 光弘 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉容器内に端板と、前記端板に直立する
   渦巻状のラップとを有した固定スクロールおよび旋回ス
   クロールを互いにラップを内側として噛み合い圧縮室を
   形成し、前記旋回スクロールを旋回運動させるクランク
   軸と、前記クランク軸を支持する主フレームとを含む圧
   縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、潤滑
   油部とを備え、前記密閉容器内を吐出口に連通して吐出
   圧力に維持し、前記旋回スクロールの背面に複数の背圧
   室を形成し、少なくとも一つのシール部材を前記背圧室
   間に設け、軸受部と連通し吐出圧力とほぼ等しい圧力を
   維持する第１の背圧室と吐出圧力より低い圧力を維持す
   る第２の背圧室を構成したスクロール圧縮機において、
   前記軸受部に給油した潤滑油を前記潤滑油部へ導く一方
   向へのみ流れる排油通路を設けたことを特徴とするスク
   ロール圧縮機。